高强度薄铸钢带产品及其制备方法
【专利说明】高强度薄铸钢带产品及其制备方法
[0001] 本申请是申请日为2010年2月22日、申请号为201080017436. 1(国际申请号为 PCT/AU2010/000190)、名称为"高强度薄铸钢带产品及其制备方法"的进入中国国家阶段的 的发明专利申请的分案申请。
[0002] 背景和概沭
[0003] 本发明涉及制备高强度薄铸钢带以及通过双辊式连铸机制备这样的铸造钢带的 方法。
[0004] 在双棍式连铸机（twinrollcaster)中，将烙融金属引入一对反向旋转的内冷式 铸辊之间从而使金属壳凝固在移动的辊面上，且被一起带入铸辊之间的辊隙从而产生凝固 的带产品，该带产品从铸辊之间的辊隙向下传送。本文所用的术语"辊隙"指的是铸辊最靠 近在一起的共用区域（generalregion)。烙融金属从钢包（ladle)倾注经过金属传送系 统以形成熔融金属的浇铸熔池，其中该金属传送系统包括中间包和位于辊隙上方的插芯式 喷嘴（corenozzle)，该浇铸熔池支撑在位于辊隙上方的辊的铸造表面上且沿辊隙的长度 延伸。该浇铸熔池通常受限在与辊的末端表面以滑动方式设置的难熔侧板或挡板（dam)之 间，从而挡住浇铸熔池的两个末端处防止流出。
[0005] 过去，已经通过冷轧钢带的恢复性退火制造出屈服强度为413MPa(60ksi)和更高 以及带厚度小于3. 0mm的高强度低碳薄钢带。需要进行冷轧以产生所需的厚度。之后，冷 轧钢带进行恢复性退火以改进延性同时不显著降低强度。然而，所得钢带的最终延性仍相 对较低以及该钢带不能实现大于6%的总伸长度，而关于结构构件的一些建筑标准中则需 要结构钢能实现大于6%的总伸长度。这样的恢复性退火冷轧后的、低碳钢通常仅适用于简 单的成形操作，例如辊轧成形和弯曲。通过冷轧和恢复性退火制备途径在这类最终钢带厚 度的钢带上制造出这样的较大延性在技术上并不可行。
[0006] 另外，用于一些冷成形的结构段例如用于一些住宅构架标准的钢带的总伸长度可 以为至少10%，抗张强度对屈服强度的比率为至少1. 08。在带厚度为小于约1. 6mm的现有 技术的热浸镀钢产品中，不能通过使用全硬冷乳材料（fullhardcoldrolledmaterial) 实现这样的要求。典型地使用非常昂贵的微合金化方案和过程参数实现总伸长度为至少 10%以及抗张强度对屈服强度的比率为至少1. 08。
[0007] 过去，通过与元素例如铌、钒、钛或钥进行微合金化制备这样的高强度钢，且热轧 实现所需的厚度和强度水平。这样的微合金化作用需要昂贵的和高浓度的铌、钒、钛或钥 以及导致形成一般包含10至20%贝氏体的贝氏体-铁素体显微结构。参见美国专利US 6, 488, 790。可选地，显微结构可以是包含10-20%珠光体的铁素体。热轧钢带将使得这些 合金元素发生部分沉淀。因此需要合金浓度相对较高的Nb、V、Ti或Mo元素以提供占主导 的铁素体转化的显微结构（ferritictransformedmicrostructure)的足够时效硬化以实 现所需的强度水平。这些高合金化水平增加了所需的热轧负荷且限制了可经济且实用地制 备的热轧钢带的厚度范围。这样的合金的高强度钢带在酸洗使得产品的较厚端的厚度范围 大于3_之后可以直接进行镀锌。
[0008] 然而，通过向基础钢（basesteel)中添加Nb、V、Ti或Mo制备高强度且厚度小于 3mm的钢带在化学上是难以实现的，特别是对于宽钢带，其归因于高轧制负荷，且在商业上 并不总是可行的。过去，需要大量添加这些元素以强化钢，并且此外会引起钢的伸长性能的 减弱。过去的高强度微合金化热轧钢带在提供强度的方面是相对效率低下的且是相对昂贵 的，经常需要补偿添加其它的合金元素。
[0009] 另外，通常需要冷轧以获得较小厚度的钢带，然而，高强度的热轧钢带使得这样的 冷轧进行起来较为困难，这是因为需要高的冷轧负荷以减小钢带的厚度。这些高合金浓度 也极大地提高了所需的再结晶退火温度，需要很高的成本以建立和运行可以实现冷轧钢带 的完全再结晶退火所需的高退火温度的退火生产线。
[0010] 简言之，由于高合金化成本、元素添加的相对低效性以及热轧和冷轧时的高轧制 负荷的困难以及所需的再结晶退火温度高，通过现有技术中已知的使用Nb、V、Ti或Mo元素 的微合金化操作不能在工业上经济地制备高强度的薄钢带。
[0011] 上述讨论和本说明书剩余部分中关于常规钢制备和铸造操作的讨论不被认为是 澳大利亚或其他国家的公知常识。
[0012] 本发明所公开的钢产品包含，以重量计，小于0. 25 %的碳、0. 20至2. 0 %的锰、 0. 05至0. 50%的硅、小于0. 01 %的铝、0. 01 %至0. 20%的铌，以及具有过半数的包含贝氏 体和针状铁素体的显微结构以及在固溶体中包含大于70%的铌。
[0013] 可选地，铌可以是小于0. 1%。
[0014] 钢产品可以另外包含选自以下的至少一种元素：0. 05%至0. 50%的钥、0. 01 %至 0. 20 %的钒以及它们的混合物。
[0015] 可选地或另外地，钢产品可以具有的钒含量对氮含量的重量比率为大于4:1。
[0016] 可选地或另外地，钢产品可以具有的钥;含量对氮含量的重量比率为4:1至7:1。
[0017] 钢液烧铸体（moltensteelcast)可以包含的游离氧含为20至70ppm,以及可以 是30至55ppm。钢产品用的烙融金属的总氧含量可以是70ppm至150ppm。
[0018] 钢产品可以具有的屈服强度为至少340MPa，以及可以具有的抗张强度为至少 410MPa。钢产品可以具有的屈服强度为至少485MPa以及抗张强度为至少520MPa。钢产品 的抗张强度对屈服强度的比率可以是至少1. 08。
[0019] 钢产品可以具有的总伸长度为至少6%。可选地，总伸长度可以是至少10%。
[0020] 在任何情况中，在15%和35%的压下量（reduction)时钢产品的机械性能在屈服 强度、抗张强度和总伸长度方面的变化差在10%以内。
[0021] 可选地，在15%至35%的压下量范围中钢产品的机械性能在屈服强度、抗张强度 和总伸长度方面的变化差在10%以内。
[0022] 钢产品可以是薄铸钢带。薄铸钢带可以包含分布在钢显微结构各处（distributed throughthesteelmicrostructure)的平均粒径小于50纳米的娃和铁的氧化物细颗粒。
[0023] 薄铸钢带可以具有的厚度为小于2. 5_。可选地，薄铸钢带可以具有的厚度为小于 2. 0mm。在又一备选方案中，薄铸钢带可以具有的厚度范围为0. 5mm至2mm。
[0024] 也公开了厚度小于3毫米的热轧钢产品，以重量计，其包含小于0. 25%的碳、0. 20 至2. 0%的锰、0. 05至0. 50%的硅、小于0. 01 %的铝、0. 01 %至0. 20%的铌，以及具有大多 数的（amajorityof)包含贝氏体和针状铁素体的显微结构，并且可以提供的屈服强度为 至少410MPa，其中压下量为20%至40%。
[0025] 钢产品可以具有的屈服强度为至少485MPa和抗张强度为至少520MPa。
[0026] 可选地，铌可以是小于0. 1%。
[0027] 热轧钢产品的抗张强度对屈服强度的比率可以是至少1. 08。
[0028] 在15%和35%的压下量时热轧钢产品的机械性能在屈服强度、抗张强度和总伸 长度方面的变化差在10%以内。可选地，在15%至35%的压下量范围中钢产品的机械性能 在屈服强度、抗张强度和总伸长度方面的变化差在10%以内。
[0029] 热轧钢产品可以包含分布在钢显微结构各处的平均粒径小于50纳米的硅和铁的 氧化物细颗粒。
[0030] 热轧钢产品可以具有的总伸长度为至少6%。可选地，总伸长度可以是至少10%。 热轧钢产品可以具有的厚度为小于2. 5mm。可选地，热轧钢产品可以具有的厚度为小于 2. 0mm。在又一备选方案中，热轧钢产品可以具有的厚度范围为0. 5mm至2mm。
[0031] 也公开了一种成卷钢（coiledsteel)产品，以重量计，其包含小于0. 25%的碳、 0. 20至2. 0%的锰、0. 05至0. 50%的硅、小于0. 01 %的铝以及选自以下的至少一种元素： 0. 01%至0. 20%的铌、0. 01%至0. 20%的钒以及它们的混合物，且在卷取和冷却后固溶体 中包含大于70%的铌和/或钒。
[0032] 可选地，铌可以是小于0. 1%。
[0033] 可选地或另外地，成卷钢产品可以具有的钒含量对氮含量的重量比率为大于4:1。 可选地或另外地，成卷钢产品可以具有的钒含量对氮含量的重量比率为4:1至7:1。
[0034] 成卷钢产品可以包含分布在钢显微结构各处的平均粒径小于50纳米的硅和铁的 氧化物细颗粒。
[0035] 成卷钢产品可以具有的屈服强度为至少340MPa，以及可以具有的抗张强度为至少 410MPa。成卷钢产品可以具有的厚度为小于3. 0mm。钢产品可以具有的屈服强度为至少 485MPa和抗张强度为至少520MPa。成卷钢产品的抗张强度对屈服强度的比率可以是至少 1. 08。
[0036] 并且，在15%和35%的压下量时钢产品的机械性能在屈服强度、抗张强度和总伸 长度方面的变化差在10%以内。可选地，在15%至35%的压下量范围中钢产品的机械性能 在屈服强度、抗张强度和总伸长度方面的变化差在10%以内。
[0037] 可选地，成卷钢产品可以具有的厚度为小于2. 5_。可选地，成卷钢产品可以具有 的厚度为小于2. 0mm。在又一备选方案中，成卷钢产品可以具有的厚度范围为0.5mm至2mm。
[0038] 成卷钢产品可以具有的总伸长度为至少6%。可选地，总伸长度可以是至少10%。
[0039] 也公开了时效硬化的钢产品，以重量计，其包含小于0. 25%的碳、0. 20至2. 0%的 锰、0. 05至0. 50%的硅、小于0. 01 %的铝以及选自以下的至少一种元素：0. 01 %至0. 20% 的铌、0. 01%至0. 20%的钒以及它们的混合物，以及具有大多数的包含贝氏体和针状铁素 体的显微结构，并且在时效硬化后伸长度增加且屈服强度增加。
[0040] 可选地，铌可以是小于0? 1%。
[0041] 可选地或另外地，时效硬化的钢产品可以具有的钒含量对氮含量的重量比率为大 于4:1。可选地或另外地，时效硬化的钢产品可以具有的钒含量对氮含量的重量比率为4:1 至 7:1。
[0042] 钢液浇铸体可以包含的游离氧含量为20至70ppm，以及可以是30至55ppm。时效 硬化的钢产品用的烙融金属的总氧含量为70ppm至150ppm。
[0043] 时效硬化的钢产品可以另外包含分布在钢显微结构各处的平均粒径小于50纳米 的硅和铁的氧化物细颗粒。
[0044] 在15%和35%的压下量时时效硬化的钢产品的机械性能在屈服强度、抗张强度 和总伸长度方面的变化差在10%以内。可选地，在15%至35%的压下量范围中钢产品的机 械性能在屈服强度、抗张强度和总伸长度方面的变化差在10%以内。
[0045] 时效硬化的钢产品可以包含锌涂层或锌合金涂层的一种，或两者都包含。
[0046] 根据需要。钢产品可以具有的屈服强度为至少340MPa，或至少380MPa，或至少 410MPa，或至少450MPa，或至少500MPa，或至少550MPa，或至少600MPa，或至少650MPa。钢 产品可以具有的抗张强度为至少410MPa，或至少450MPa，或至少500MPa，或至少550MPa， 或至少600MPa，或至少650MPa，或至少700MPa，如所期望的。抗张强度对屈服强度的比率 可以是至少1. 08。
[0047] 时效硬化的钢产品可以具有的厚度为小于3. 0_。可选地，时效硬化的钢产品可以 具有的厚度为小于2. 5_。可选地，时效硬化的钢产品可以具有的厚度为小于2. 0_。在又 一备选方案中，时效硬化的钢产品可以具有的厚度范围为〇. 5_至2_。
[0048] 时效硬化的钢产品可以具有的总伸长度为至少6%。可选地，总伸长度可以是至少 10%。<